Una “máquina del tiempo” llega a los orígenes del Universo, 11.000 millones de años atrás

Una sofisticada simulación, que funciona como una máquina del tiempo, ha permitido conocer cómo se desarrolló el universo distante a 11.000 millones de años luz, cuando los ancestros antiguos de los cúmulos de galaxias dieron forma al universo actual.

Investigadores del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) en Japón han desarrollado simulaciones pioneras que recrean el ciclo de vida completo de algunas de las galaxias más grandes y distantes conocidas en el universo observable.

Las simulaciones cosmológicas son cruciales para estudiar cómo el universo adquirió la forma que tiene hoy, pero muchas no suelen coincidir con lo que los astrónomos observan a través de los telescopios.

La mayoría de las simulaciones están diseñadas para coincidir con el universo real solo en un sentido estadístico. Otras, más restringidas, están diseñadas para reproducir únicamente las estructuras que realmente observamos en el universo.

Sin embargo, la mayoría de las simulaciones cosmológicas existentes se han aplicado a nuestro universo local, es decir, el que se encuentra cerca de la Tierra, pero nunca para observaciones del universo distante.

Los autores de la nueva investigación, dirigidos Metin Ata y Khee-Gan Lee, han realizado ahora esa proeza: trabajaron en simulaciones cosmológicas que hasta ahora solo se habían utilizado para reproducir la historia de las regiones cercanas del universo, para replicar el desarrollo de las partes del universo distante con un detalle similar.

Estas nuevas simulaciones fueron diseñadas para reproducir las primeras estructuras del universo observable y conocer cómo interactúan entre sí.

Los investigadores se centraron en estructuras distantes llamadas protocúmulos de galaxias masivas, que son ancestros antiguos de los cúmulos de galaxias observables en el universo actual.

Según los investigadores, la nueva simulación desempeña la misma función que una máquina del tiempo, ya que permite recrear eventos cósmicos del pasado antiguo y observar cómo comenzaron a formarse las estructuras del universo distante y cómo terminaron.

Para conseguir este efecto, los investigadores usaron datos sobre galaxias abuelas "jóvenes", que están a 11 mil millones de años luz de distancia, antes de avanzar rápidamente para mostrar cómo se formarían los cúmulos de galaxias.

Como punto de referencia, la galaxia observada más distante de la Tierra fue GN-z11, que se encuentra a unos 13.500 millones de años luz de nuestro planeta.

Gracias a esta simulación, los científicos descubrieron tres protocúmulos de galaxias que hasta ahora solo habían sido considerados como teóricos, y también sugirieron que es poco probable que haya existido otro protocúmulo.

También identificaron otras cinco estructuras que se formaron consistentemente en sus simulaciones, incluido el protosupercúmulo Hyperion, el más grande y antiguo conocido hasta la fecha: existía cuando el universo tenía menos del 20 por ciento de su edad actual, unos 2.700 millones de años.

Otra razón importante por la que los investigadores crearon estas simulaciones fue para probar el modelo estándar de cosmología, que se utiliza para describir la física del universo.

Al predecir la masa y la distribución final de las estructuras en un espacio determinado, los investigadores podrían revelar discrepancias no detectadas previamente en nuestra comprensión actual del universo.

Los científicos explican que uno de los mayores desafíos fue tener en cuenta la escala masiva de estos antiguos cúmulos de galaxias en sus simulaciones.

Añaden que sus simulaciones ya se están utilizando para ayudar a otros proyectos, incluidos estudios sobre las líneas de absorción de cuásares distantes y el entorno cosmológico de las galaxias.

En marzo, los científicos del MIT anunciaron que habían desarrollado la simulación más detallada del universo primitivo hasta la fecha.

Esta simulación permitió observar cómo se inició el “amanecer cósmico”, el momento en el cual la luz comenzó a fluir libremente a través de todo el espectro electromagnético y el Universo finalmente se iluminó.

Ambos proyectos, el del MIT y el de Kavli IPMU, ayudan a mejorar nuestra comprensión del cosmos, ya que permiten a los científicos comparar los datos de las simulaciones con las observaciones cada vez más impresionantes del telescopio espacial James Webb y otras misiones similares.

ReferenciaPredicted future fate of COSMOS galaxy protoclusters over 11 Gyr with constrained simulations. Metin Ata et la. Nature Astronomy (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-022-01693-0